T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
CAM ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN EROZYON AŞINMA
DAVRANIŞININ İNCELENMESİ Mehmet BAĞCI
DOKTORA TEZİ
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
Kasım–2010 KONYA Her Hakkı Saklıdır
iv ÖZET DOKTORA TEZİ
CAM ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN EROZYON AŞINMA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ
Mehmet BAĞCI
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Hüseyin İMREK
2010, 167 Sayfa Jüri
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin İMREK Prof. Dr. Ali ÜNÜVAR Prof. Dr. Kazım ÇARMAN
Prof. Dr. Mehmet ÇELİK Yrd. Doç. Dr. Yusuf YILMAZ
Bu çalışmada, günümüzde hızlı bir gelişme gösteren, yüksek mukavemet, iyi kalıplama ve düşük maliyet özelliklerine sahip cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Deneylerde çarpma açıları, çarpma hızları, aşındırıcı partikül boyutları ve fiber doğrultuları değiştirilerek erozyon oranlarındaki değişimler araştırılmıştır.
Çalışmalar, kuru ve basınçlı hava ile aşındırıcı partiküllerin deney numunesi yüzeyine çarptırıldığı ve ASTM G76–95 standart test metoduyla uyumlu olan özel tasarlanmış erozyon aşınma deney tesisatında yapılmıştır. Ayrıca aşındırıcı partikül hızının tespiti için literatürdeki çift disk metodu düzeneği oluşturulmuş ve bu düzenek vasıtasıyla çarpma hızları tespit edilmiştir.
Deneylerde saf haldeki cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler ana deney numunesi olarak seçilmiş olup bu saf yapı içerisine reçinenin %15’i oranında ayrı ayrı Borik Asit (B2O3), Borax
(B2O3), Silisyum Oksit (SiO2) ve Alüminyum Oksit (Al2O3) dolgu maddeleri ilave edilerek yeni cam
elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler elde edilmiştir. Üç farklı çarpma açısı (30o, 60o ve 90o), üç farklı çarpma hızı (≈23, 34 ve 53 m/s), iki farklı alümina aşındırıcı partikül boyutu (≈200 ve 400 µm) ve iki farklı fiber doğrultusu (0o ve 45o) için erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Elde edilen deney sonuçları ile deney numunelerindeki ağırlık kayıplarına bağlı olarak çarpma açısının, çarpma hızının, aşındırıcı partikül boyutunun ve fiber doğrultusunun bir fonksiyonu olarak erozyon oranı değerleri hesaplanmış ve bu değerlere bağlı olarak grafikler çizilmiş ve yorumlar yapılmıştır. Ayrıca deneye tabi tutulan deney numunelerinin aşınan yüzeylerinin mikroskop ve SEM görüntüleri incelenmiş olup deneysel sonuçların Çok Faktörlü Varyans Analizi (MANOVA) ile istatistikî değerlendirmesi yapılmış ve deney numunelerindeki hacimsel kayıplar tespit edilerek ağırlık kayıpları ile karşılaştırılmıştır.
Yapılan deneyler sonunda saf GF/EP deney numunelerinin erozyon aşınması ile bu saf yapı içerisine katılan dört farklı katkı maddesinin oluşturduğu deney numunelerinin erozyon aşınmaları incelendiğinde Alüminyum Oksit ve Silisyum Oksit ilaveleri birbirine yakın sonuçlar vermekle birlikte erozyon oranını azaltmıştır. Borik Asit katkı maddesi saf GF/EP numunelerle karşılaştırıldığında erozyon direncinin azalmasına sebep olmuştur. Borax ilavesi ise yapıya ilave edilen diğer maddelerle kıyaslandığında en olumsuz etkiyi ortaya çıkarmıştır. Ayrıca çarpma açısındaki, çarpma hızındaki,
v
aşındırıcı partikül boyutundaki ve fiber doğrultusundaki değişikliklerin erozyon oranında dikkate değer farklılıklar oluşturduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Erozyon Aşınması, Cam Elyaf Takviyeli Epoksi, Çarpma Açısı, Çarpma Hızı, Alümina Aşındırıcı Partikül, Fiber Doğrultusu, SEM, Çok Faktörlü Varyans Analizi (MANOVA), Hacimsel Kayıp.
vi ABSTRACT Ph.D THESIS
INVESTIGATION OF EROSION WEAR BEHAVIOUR OF GLASS FIBRE REINFORCED COMPOSITE MATERIALS
Mehmet BAĞCI
The Graduate School of Natural and Applied Science of Selcuk University The Degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering
Advisor: Asst. Prof. Dr. Hüseyin İMREK 2010, 167 Pages
Jury
Asst. Prof. Dr. Hüseyin İMREK Prof. Dr. Ali ÜNÜVAR Prof. Dr. Kazım ÇARMAN
Prof. Dr. Mehmet ÇELİK Asst. Prof. Dr. Yusuf YILMAZ
In this study, erosion behaviors of glass-fiber reinforced composite materials that are nowadays showing increasing applications due their high strengths, good molding features and relatively low costs are investigated. The study was conducted by varying parameters like impingement angles, impact velocities and sizes of the abrasive particles as well as the fiber directions in order to study corresponding wear rates of the specimen material.
The tests were conducted on a special test device designed for the purpose and based on ASTM G76–95 standard test method where the test specimens were subjected to abrasive particles bombardments from dry and pressurized air. In addition, the impact velocities of the particles were determined by using the disc method explained in the literature.
Pure glass fiber reinforced epoxy composite materials were selected as the main specimen and then Boric Acid (B2O3), Borax (B2O3), Silicon Oxide (SiO2) and Aluminium Oxide (Al2O3) were added
into this pure structure as filler materials at 15% of resin and thereby new glass fiber reinforced epoxy composite materials were formed. The tests where the wear behavior was investigated, were conducted at three impingement angles, (30o, 60o and 90o), three different impact velocities (≈23, 34 and 53 m/s), and at two different fiber directions (0o and 45o) by using two different alumina abrasive particle sizes (≈200 and 400 µm). Based on the weight losses of the specimens, the results obtained were used to evaluate wear rates as a function of impingement angle, impact velocity, particle size and fiber direction. With these values, graphs were drawn and comments made too. In addition; microscopic and SEM views of the worn out specimen surfaces that were subjected to erosive wear tests were investigated, then evaluation of the Multivariate Analysis of Variance (MANOVA) of the experimental results with their statistical analysis were made and finally the volumetric losses obtained in the specimens during the tests were determined and compared with the weight losses.
The results of the tests conducted show that the erosive wear rates of pure GF/EP test specimens and that of the specimens made by adding four different materials into this pure GF/EP specimen are close to each other when the added material is either Aluminium Oxide or Silicon Oxide and that erosion rates tend to decrease. Comparison of wear resistances of specimens filled with Boric Acid and that of pure GF/EP specimens shows that the addition of the filler material has caused reduction in the erosion
vii
resistance. Addition of Borax into the main structure of the material has induced the worst effects in the material as compared to other filler materials. Moreover, it was also found that changes in impingement angles of the particles, their impact velocities and sizes together with the fiber directions cause remarkable differences in erosion rates of a material.
Keywords: Erosive wear, Glass fiber reinforced epoxy, Impingement angle, Impact velocity, Alumina abrasive particles, Fiber direction, SEM, Multivariate Analysis of Variance (MANOVA), Volumetric loss.
viii ÖNSÖZ
Tez çalışmam süresince bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım, tezin her aşamasında bana yardımcı olan ve destek veren tez danışmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Hüseyin İMREK’e, deney numunelerinin oluşturulması aşamasında bilgilerinden faydalandığım Sayın Doç. Dr. Alaattin AKTAŞ’a, deney numunelerinin incelenmesi hususunda Selçuk Üniversitesi İSOMER bünyesindeki ekipmanları kullanmamda gerekli izni veren ve desteklerini esirgemeyen Sayın Prof. Dr. Ali ÜNÜVAR’a, aynı zamanda deney numunelerinin hazırlandığı ve deney için gerekli ölçüsüne getirilmesi işlemlerinin yapıldığı İZOREEL Ltd. Şti. yetkililerine, mekanik testlerin yapıldığı Pul– Tech FRP çalışanlarına ve aşındırıcı partiküllerin temin edildiği ÇELİKTAŞ firması elemanlarına teşekkürü bir borç bilirim.
Ayrıca tez çalışmam süresince bana her zaman moral veren ve destek olan sevgili eşim Beyza BAĞCI’ya ve bugünlere gelmemde büyük paya sahip olan Aileme sonsuz teşekkür ederim.
Mehmet BAĞCI KONYA–2010
ix İÇİNDEKİLER TEZ BİLDİRİMİ ...iii ÖZET ...iv ABSTRACT...vi ÖNSÖZ ...viii İÇİNDEKİLER ...ix
SİMGELER VE KISALTMALAR ...xi
1. GİRİŞ ...1 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI ...4 3. TEORİK ESASLAR ...19 3.1.Aşınma ...19 3.1.1. Adhezif aşınma ...19 3.1.2. Abrazif aşınma...21 3.1.3. Korozif aşınma...22
3.1.4. Kazımalı (fretting) aşınma...22
3.1.5. Yorulma aşınması (pitting) ...23
3.1.6. Erozyon aşınması...24
3.1.6.1. Erozyon aşınmasına etki eden faktörler...24
3.1.6.2. Erozyon aşınma mekanizmaları...27
3.1.6.3. Aşındırıcı partikülün kuvvet analizi ve yüzeye etkisi ...28
3.1.6.4. Plastik deformasyona bağlı erozyon aşınması...30
3.1.6.5. Metallerin erozyonu ve tipik K değerleri ...33
3.1.6.6. Erozyon aşınması test metotları...35
3.2. Kompozit Malzemeler ...38
3.2.1. Kompozit malzemelerin özellikleri ...39
3.2.2. Kompozit malzemelerin sınıflandırılması ...41
3.2.3. Kompozit malzeme yapısındaki temel maddeler...43
3.2.3.1. Matris malzemeleri ...43
3.2.3.1.1. Epoksi reçine matrisler ...44
3.2.3.1.2. Polyester reçine matrisler ...44
3.2.3.1.3. Vinilester reçine matrisler ...44
3.2.3.1.4. Fenolik reçine matrisler ...45
3.2.3.1.5. Silikon reçineler...45
3.2.3.1.6. Metal matrisler...45
3.2.3.2. Elyaf çeşitleri ve özellikleri...46
3.2.3.2.1. Cam elyaflar ...46
3.2.3.2.2. Bor elyaflar ...47
3.2.3.2.3. Silisyum karbür elyaflar ...48
3.2.3.2.4. Alumina elyaflar ...48
x
3.2.3.2.6. Aramid elyaflar...49
3.2.4. Kompozit malzeme üretim yöntemleri ...50
3.2.4.1. Elle yatırma...50
3.2.4.2. Püskürtme ...50
3.2.4.3. Elyaf sarma ...50
3.2.4.4. Reçine transfer kalıplama (RTM)...51
3.2.4.5. Hazır kalıplama (SMC, BMC)...51
3.2.4.5.1. Hazır kalıplama pestili / SMC ...52
3.2.4.5.2. Hazır kalıplama hamuru / BMC ...52
3.2.4.6. Vakum bağlaması ...52
3.2.4.7. Otoklav bağlaması ...53
3.2.5. Kompozit malzeme kullanım alanları...53
4. MATERYAL VE METOT...59
4.1. Test Metodu ...59
4.2. Deney Tesisatı ...60
4.3. Numune Tutucu ...62
4.4. Nozul Çapı Seçimi ...63
4.5. Aşındırıcı Partikül Özellikleri...63
4.6. Çarpma Hızının Tespiti...65
4.7. Deney Numuneleri...68
4.8. Deney Numunelerinin Mekanik Özellikleri ...75
4.9. Deney Numunelerindeki Hacimsel Kaybın Tespit Edilmesi...78
4.10. Deney Prosedürü...81
5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA ...84
5.1. Çarpma Açısının Etkisi...110
5.2. Çarpma Hızının Etkisi ...111
5.3. Elyaf Yönlenmesinin Etkisi ...111
5.4. Sertlik ve Çekme Mukavemetinin Etkisi ...112
5.5. Aşınmış Yüzeylerin SEM Analizi ...113
5.6. İstatistiksel Değerlendirme ...125
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ...127
KAYNAKLAR ...130
EKLER ...135
xi
SİMGELER VE KISALTMALAR Simgeler
A(x) : Yüzeydeki çentiğin kesit alanı (mm2) E : Elastisite modülü (MPa)
Emax : Maksimum erozyon oranı (mg/kg)
Fn : Normal kuvvet (N)
Ft : Teğetsel kuvvet (N)
H : Malzemenin sertliği (N/mm2) K : Boyutsuz aşınma faktörü
L : Diskler arasındaki mesafe (mm) n : Disklerin devir sayısını (d/d) Q : Toplam aşınma oranı (mm3/m)
r : Erozyon izlerinin ortalama yarıçapı (mm) t : Aşındırıcı partiküllerin hareket süresi (s) Tg : Camsı geçiş sıcaklığı (°C)
U : Başlangıç hızı (m/s) V : Çentiğin son hacmi (mm3) Vf : Elyaf hacim oranı
W : Uygulanan toplam normal yük (N) Wc : Kompozitin ağırlığı (g)
Wf : Elyafın ağırlığı (g)
εkopma : Kopma uzaması (%)
η : Erozyon verimliliği θ : Açısal yer değişimi (rad)
Θ : Aşındırıcı partikül çarpma açısı (o)
ρ : Erozyona maruz kalan malzemenin yoğunluğu (g/cm3) ρc : Kompozitin yoğunluğu (g/cm3)
ρf : Elyafın yoğunluğu (g/cm3)
σBasma : Basma gerilmesi (MPa)
σEğilme : Eğilme gerilmesi (MPa)
υ : Aşındırıcı partikül çarpma hızı (m/s) ω : Açısal hız (rad/s)
Kısaltmalar
GF/EP : Glass Fibre Reinforced Epoxy Cam Elyaf Takviyeli Epoksi DIN : Deutsches Institut für Normung
(Alman Norm Enstitüsü)
ASTM : American Society for Testing and Materials (Amerikan Test ve Materyaller Topluluğu) SEM : Scanning Electron Microscope
(Taramalı Elektron Mikroskobu) MANOVA : Multivariate Analysis of Variance
(Çok Faktörlü Varyans Analizi)
SPSS : Statistical Packages for the Social Sciences (Sosyal Bilimler için İstatistik Paketi)
1. GİRİŞ
Günümüz teknolojisiyle üretilip farklı sektörlerde hizmet veren makine sistem ve ekipmanları, son derece mükemmel tasarlanmış olsalar bile, gerek malzemeden gerekse işletme şartlarından kaynaklanan olumsuz faktörler sebebiyle zamanla iş yapabilme fonksiyonlarını yitirmektedirler. Bu sonucu hazırlayan en önemli etkenlerden biri aşınmadır. Aşınma, DIN 50320 ve ASTM G40–05 standartlarına göre; kullanılan malzemelerin, başka malzemelerle (katı, sıvı veya gaz) teması neticesinde mekanik etkenlerle yüzeyden küçük parçacıkların ayrılması sonucu meydana gelen ve istenmeyen yüzey bozulması olarak tanımlanmaktadır. 1982 yılında Amerikan Ulusal Teknoloji Enstitüsü, korozyon ve aşınmadan kaynaklanan zararın gayri safi milli hâsılanın %6’sını (178,5 milyar dolar) oluşturduğunu beyan etmiştir. Dünya çapında yapılan istatistiklerde de makine elemanlarının yaklaşık yüzde yetmişinin işe yaramaz duruma gelmesinin sebebi aşınma olarak gösterilmektedir.
Aşınma; malzeme, yüzeylerin biçimi, kullanılan yağlayıcılar, sisteme etki eden hız, sıcaklık, kayma yüzeyleri arasındaki temas basıncı, çalışma süresi, aşındırıcıların yüzeye temas etme durumu, sertlik vs. gibi birçok parametreye bağlıdır. Karmaşık bir olay olduğundan dolayı laboratuar koşullarından elde edilen sonuçlara dayanarak uygulamadaki aşınma miktarını tahmin edecek net bir bağıntı henüz geliştirilememiştir. Bu sebeple aşınma üzerine birçok çalışma yapılmış ve belli sonuçlar elde edilmiş olmakla birlikte bu konuda yapılan çalışmalar daha da derinlemesine devam etmektedir. Temas yüzeylerinde oluşan fiziksel ve kimyasal değişikliklerin çokluğu nedeniyle pratikte bir aşınma hali değil birden fazla aşınma hali ile karşılaşılmaktadır. Adezyon, abrazyon, yorulma (pitting, fretting), mekanik korozyon ve erozyon aşınması en yaygın karşılaşılan aşınma türleridir.
Bu aşınma türlerinden erozyon aşınması, belirli bir hıza sahip olan katı parçacıkların bir yüzeye çarpması durumunda yüzeyin üst tabakasında malzeme kaybı meydana getirmesi sonucu oluşmaktadır. Yüzeyin üst tabakasından malzeme kaybının devam etmesi halinde kullanım yerine bağlı olarak ciddi mekanik olumsuzluklar ortaya çıkmakla birlikte makine elemanlarının ömürlerinde de azalmalar meydana gelmektedir. Erozyon aşınması kendi içerisinde yıkama, erozyon–korozyon, erozyon–kavitasyon, yağma, termal erozyon ve püskürtme (katı parçacık erozyonu) aşınması çeşitlerine
ayrılmaktadır. Katı parçacıkların malzeme yüzeyine çarpmasıyla oluşan katı parçacık erozyonu, erozif aşınma proseslerinin en yaygın olanıdır ve son yıllarda giderek artan ilgi görmektedir. Çarpma hızı, çarpma açısı, parçacık tipi, parçacık şekli, parçacık boyutu, aşındırıcı parçacıkların sertliği, aşındırıcı parçacık akış oranı, hedef malzeme özellikleri ve çevresel parametreler katı parçacık erozyon aşınmasını etkileyen en önemli parametrelerdir.
Uzay–havacılık uygulamalarında, enerji dönüşüm sistemlerinde, jet motorlarında, helikopter rotor kanatlarında, türbinlerde ve kömür dönüştürme santrallerinde bu aşınma tipini yoğun olarak görmek mümkündür. Burada aşındırıcı partiküller hareketli kanatlara, valf deliklerine, boru bağlantılarına, boru dirseklerine ve diğer yüzeylere çarparak şiddetli aşınmalar meydana getirmektedir.
Makine parçalarının katı parçacık erozyon aşınmasına karşı davranışı iyi bir şekilde bilinirse bu aşınmaya maruz kalan sistemlerin ve parçaların en uygun ve en ekonomik şekilde bu aşınmadan korunma yöntemleri belirlenebilir. Böylece önleyici sistemler geliştirilebilir, parçaların ömrü arttırılabilir ve ekonomik açıdan kazanımlar sağlanabilir.
Günümüz teknolojisinin de katkısıyla iki veya daha fazla sayıdaki aynı veya farklı gruptaki malzemelerin en iyi özelliklerinin yeni ve tek bir malzemede makro seviyede toplanmasıyla oluşturulan malzemelere kompozit malzeme denilmektedir. Malzeme kombinasyonunun sonsuz sayıda olması, bu malzemeler için önemli bir avantaj sağlamasının yanında bu özellik sayesinde malzeme özellikleri istenildiği gibi değiştirilme imkânına sahip olmaktadır. Dolayısı ile yapıda var olması istenen yüksek mukavemet, düşük ağırlık, yorulma dayanımı, aşınmaya direnç, korozyon dayanımı, estetik görünüm, boyutsal stabilite, elektriki iletkenlik ve rijitlik gibi özellikler kazandırılabilmektedir.
Kompozit malzemelerde matrise katılan takviyeler sayesinde malzemenin bir veya birkaç çalışma özelliği önemli ölçüde iyileştirilmektedir. Takviye malzemesi olarak kullanılan elyafların yönlendiriliş şekli, mekanik özellikleri ve matris malzemenin özellikleri oluşturdukları kompozitin tüm özelliklerini belirlemektedir. Bu sayede cam elyafla takviye edilen kompozit malzemelerin mekanik özellikleri
iyileşmekte, yük karşısında şekil değiştirmesi azalmakta, boyutsal kararlılığı iyileşmekte, yüzde uzama ve termal genişleme özellikleri azalmaktadır. Çeşitli organik matris malzemelerle kullanılmaya başlayarak bu alanda bir çığır açan cam elyaf takviyeli kompozit malzemeler, %96–98’lik pazar payı ile kompozit endüstrisine hâkim konumda olup uçak–uzay ve savunma sanayinde, otomotiv ve kimya endüstrisinde, yapı–inşaat sektöründe, elektrik–elektronik uygulamalarında, kara taşıtlarında, korozyon dayanımı gerektiren uygulamalarda ve denizcilik sektöründe yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca bu malzemelerden dişli, kam, tekerlek, fren ve debriyaj balataları, yataklar ve muylular gibi aşınmaya maruz kalabilecek parçaların imalatı da gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır.
Bu deneysel çalışmada deney numunesi olarak saf haldeki cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler ile bu saf yapı içerisine reçinenin %15’i oranında ayrı ayrı ilave edilen Borik Asit, Borax, Silisyum Oksit ve Alüminyum Oksit parçacıkların oluşturduğu yeni cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler kullanılmıştır. Bu deney numuneleri üç farklı çarpma açısında, üç farklı çarpma hızında, iki farklı aşındırıcı partikül boyutunda ve iki farklı fiber doğrultusunda erozyon aşınmasına tabi tutulmuştur. Deneyler, özel olarak tasarlanmış erozyon aşınma deney setinde gerçekleştirilmiştir.
Yapılan deneyler sonunda çarpma açısının, çarpma hızının, aşındırıcı partikül boyutunun ve fiber doğrultusunun bir fonksiyonu olarak erozyon oranındaki değişime ait grafikler oluşturulmuş olup deney numunelerinin aşınan yüzeylerinin mikroskop görüntüleri incelenmiş ve bu görüntüler yorumlanmıştır.
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI
Finnie (1960), akış esnasında katı parçacıklar tarafından aşınan malzeme yüzey miktarının akışın şartlarına ve aşınma mekanizmasına bağlı olduğunu belirtmiş olup gevrek ve sünek malzemeler için aşınma mekanizmasının analizini yapmış ve sıvı akış şartları hususundaki bazı görüşlerin ilk kez tartışılmasını sağlamıştır. Sünek malzemeler için aşındırıcı parçacıkların hızına ve yönüne bağlı olarak aşınma değişimlerini tahmin etmenin mümkün olduğunu göstermiş fakat erozyonun sayısal büyüklüğü hassas bir şekilde tahmin edilememiştir. Elde edilen değerlerin metal kesme testlerindeki verilerle uyumlu olduğu görülmüştür. Gevrek malzemeler için ise başlangıçtaki çatlağın yol açtığı şartlar üzerinde çalışılmış ve kaldırılan malzemeyi tahmin edilme yolları araştırılmıştır. Fakat sünek malzemelerdeki kadar detaylı bir analiz yapılmamıştır. Ayrıca erozyon üzerine abrasif parçacıkların özelliklerinin etkisi de kısaca değerlendirilmiştir.
Tilly ve Sage (1970), kum erozyonu üzerine hız ve aşındırıcı karakteristiklerinin etkisini belirlemek için yaptıkları ilk çalışmanın sonuçlarını özetlemişler ve yeni veriler sunmuşlardır. Metal, plastik ve seramik gibi çeşitli malzemelerin erozyon dirençleri karşılaştırıldığında aşınmanın, gerilme ve sertlik gibi mekanik özelliklerle basit bir ilişkiden ziyade çok geniş aralıkta bir bağlantısının olduğu görülmüştür. Ayrıca takviyeli plastiklerin (66 naylon ve epoksi reçine gibi) test sonuçlarında kullanılan elyaflara bağlı olarak plastiklerdeki takviye türünün, erozyon direncini iyileştirdiği veya daha da kötüleşmesini önlediği görülmüştür. Erozyonun öncelikli olarak malzemelerde pitting ve koparma etkisi oluşturduğu daha sonra ise başlangıçtaki çarpmaya göre radyal yönde zarara sebep olduğu sonucuna varılmıştır.
Finnie (1972) erozyon aşınması üzerine yaptığı deneysel çalışmada sünek metaller üzerine etki eden faktörleri (çarpma açısı, partikül dönmesi, partikül hızı, parçacık boyutu, yüzey özellikleri, yüzeyin şekli, yüzeydeki gerilme seviyesi, parçacık şekli ve mukavemeti, sıvı akışındaki partikül yoğunluğu, taşıyıcı gaz ve onun sıcaklığının etkisi) listelemiş ve bu değişkenlerin bazılarının etkilerini detaylandırmıştır. Numune yüzeyinde sıyırma etkisi oluşturan açılarda sert abrasif taneler tarafından sünek metallerin erozyonu için nicel tahminler yapmıştır.
Tilly (1969), kum taneleri gibi katı parçacıkların sebep olduğu erozyonun, servis şartlarının çeşitliliği sonucu meydana geldiğini belirtmiştir. Erozyonu etkileyen parametrelerin, çarpma şartları, çarpan parçacıkların özellikleri ve hedef yüzeyle ilişkili olduğu sonucuna varmıştır. Bu parametrelerin etkilerini kısaca gözden geçirerek erozyon direnci ile ilgili malzeme özelliklerini ve erozyon mekanizmasını açığa çıkarmak için gerekli daha fazla çalışmanın yapılması gerekliliğini belirtmiştir.
Friedrich (1986) yaptığı çalışmada çeşitli polimerik malzemeler için hava püskürtmeli deney düzeneği üzerinde çelik küreler kullanarak, 57 m/s hızda erozyon davranışını incelemiştir. Yumuşak polimerlerin (polyethylene, polypropylene, polybutene–1) lineer bir erozyon oranına sahip olmadan önce bir inkübasyon periyodu sergilediğini göstermiştir. Daha gevrek polimerlerde (polystyrene) ise inkübasyon periyodu görülmemiş ve daha yüksek erozyon oranı gerçekleşmiştir. Test sıcaklığındaki azalma genellikle aşınma oranında artışa sebep olmuştur. Polimerik malzemelerin erozyon direncini iyi bir şekilde tanımlayacak göstergenin [sertlik (H) / kırılma enerjisi (GIc)] “gevreklik indeksi” olacağı sonucuna varmıştır.
Harsha ve Jha (2008) yaptıkları deneysel çalışmada öncelikli olarak saf epoksinin erozyon davranışını belirlemişlerdir. Daha sonra tek yönlü cam elyaf takviyeli ve tek yönlü karbon elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemelerin durumlarını incelemişlerdir. Bunlara ilave olarak çift yönlü E-cam dokuma takviyeli epoksi kompozit malzemelerin de erozyon aşınma dirençlerini tespit etmişlerdir. Sonuç olarak çift yönlü cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemelerin tek yönlü cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerden daha iyi erozif aşınma direnci gösterdiğini bulmuşlardır. Bu durum çift yönlü olan kompozit malzemelerin daha fazla çarpma enerjisini absorbe etmesi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca epoksi ve kompozitlerinin yaygın olarak yarı sünek erozyon davranışı sergilediği sonucuna varılmıştır.
Srivastava (2006), E–cam fiber takviyeli epoksi reçine (GFRP) kompozitlerin 30o ve 90o çarpma açıları ile üç farklı hız bileşenindeki (24, 35 ve 52 m.s−1) duruma ait erozyon aşınmasını incelemiştir. 150–250 µm nominal çapa sahip silis kumu aşındırıcı partikül olarak kullanılmıştır. Dolgu maddesi (2 g buğday nişastası) ilave edilerek oluşturulan kompozit malzemelerde en düşük erozyon oranı değeri elde edilmiştir. Saf
haldeki yani herhangi bir dolgu maddesi bulunmayan epoksi malzemelerde ise, zayıf bağ kuvvetlerinden dolayı en yüksek erozyon oranı değerleri elde edilmiştir.
Tewari ve ark. (2003) yaptıkları çalışmada tek yönlü karbon ve cam fiber takviyeli epoksi kompozitlerin katı parçacık erozyon davranışını karakterize etmişlerdir. Bu kompozitlerin deneyleri 15o–90o aralığındaki farklı çarpma açılarında ve 0o – 45o ve 90o gibi üç farklı fiber doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. Aşındırıcı olarak 300–500 µm çapındaki çelik küreler seçilmiş ve çarpma hızı da 45 m/s olarak alınmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki, tek yönlü karbon ve cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerde 60o lik çarpma açısında maksimum erozyon oranı elde edilmiş olup yarı sünek erozyon davranışı göstermiştir. Ayrıca fiber doğrultularının da erozyon aşınması üzerine önemli etkiye sahip olduğu gösterilmiştir.
Barkoula ve Karger-Kocsis (2002), tek yönlü cam elyaf takviyeli epoksi (EP) kompozitlerin üç farklı çarpma açısında (30o, 60o ve 90o) ve izafi elyaf yönlenmesinin (paralel ve dik) ara yüzey modifikasyonu üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Aşınan kompozitlerin yüzey topografyaları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve 3D lazer profilometresi ile incelenmiştir. Yapılan deneylerde erozyon aşınması üzerine çarpma açısının güçlü bir etkisinin olduğu gösterilmiştir. GF/EP sistemlerinde gevrek erozyon davranışı ortaya çıkmış olup maksimum ağırlık kaybı 90o lik çarpma açısında gerçekleşmiştir. Erozyon aşınma direncinin artırılmasında iyi bir fiber/matris dağılımının önemli etkiye sahip olduğu belirtilmiştir. Ayrıca 30o lik çarpma açısında gerçekleşen erozyon hariç tutulduğu zaman izafi elyaf yönlenmesinin ihmal edilebilir bir etki ortaya çıkardığı görülmüştür.
Srivastava ve Pawar (2006) yaptıkları çalışmada E–cam fiber takviyeli flyash (silisyum oksit, alüminyum oksit, kalsiyum oksit, demir oksit ve magnezyum oksit gibi kimyasal bileşenler içerir) katkı maddeli epoksi kompozitlerde (GFRP) partikül hızı ve çarpma açısını değiştirerek katı parçacık erozyon davranışını incelemişlerdir. Flyash katkı maddeli kompozitlerin erozyon aşınması 30o ile 90o arasında farklı çarpma açılarında gerçekleştirilmiş ve 24, 35 ve 52 m/s gibi üç farklı çarpma hızı kullanılmıştır. 150–250 µm aralığında düzensiz bir boyut dağılımına sahip silis kumları, aşındırıcı partikül olarak kullanılmıştır. 60o lik çarpma açısında maksimum erozyon oranı elde edildiği sonucuna varılmış ve kompozitlerin yarı sünek bir erozyon davranışı gösterdiği
belirlenmiştir. Ayrıca herhangi bir dolgu maddesinin kullanılmadığı saf cam epoksi kompozit malzeme ise zayıf bağ kuvvetinden dolayı max. erozyon oranı göstermiştir.
Pool ve ark. (1986) tarafından bir erozyon aşınma test cihazı kullanılarak seçilmiş polimer matriks kompozit malzemelerin erozif aşınma davranışı araştırılmıştır. Bu malzemelerin erozif aşınma oranlarının düşük karbon çeliklerinden daha büyük olduğu görülmüştür. Sürekli grafit fiber–epoksi kompozitler, tipik olarak gevrek malzemelerdeki erozyon oranına benzer (yüzeye normal çarpma esnasında max. aşınma oranı) eğilim sergilemiş olmakla birlikte aramid fiber–epoksi ve doğranmış grafit fiber– polyphenylenesulfide malzemeler ise sünek malzemeler gibi (max. aşınma oranı 25°– 45° çarpma açısında) davranmıştır.
Patnaik ve ark. (2008) çalışmalarında çoklu çarpma erozyonundan yola çıkarak partikülün kinetik enerjisinin korunumu kanununa dayanarak cam takviyeli polyester kompozitlerin aşınma oranını belirlemek için teorik bir model üzerinde yoğunlaşmışlardır. Erozyon testleri oda sıcaklığında gerçekleştirilmiş olup bu kompozitlerin erozyon davranışına, etkileşimde oldukları çevre şartlarının ve çeşitli kontrol faktörlerinin etkisi incelenmiştir. Deneysel yaklaşımın tasarımında, en iyi parametre kurulumunu sağlayan Taguchi’nin dikey dizilerinden yararlanılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki; aşındırıcı boyutu, takviye elyaf oranı, çarpma açısı ve çarpma hızı, aşınma oranı üzerine etki eden önemli faktörler arasında yer almaktadır. Malzemelerin yarı sünek özellik gösterdiği yani maksimum erozyon oranının 60º lik çarpma açısında gerçekleştiği sonucu bulunmuştur. Taramalı elektron mikroskobu kullanılarak kompozitlerin yüzeylerindeki kırılma formları, elyaf parçalanmaları ve matriks bozulmasına ait görüntüler incelenmiştir. Yapılan deneyler ve teorik çalışma sonucunda minimum aşınma oranına etki eden en önemli faktörün ne olduğunun belirlenmesinde genetik algoritma (GA) yaklaşımının en doğru sonucu verdiği belirlenmiştir.
Rajesh ve ark. (2004) yaptıkları çalışmada PA 6, PA 66, PA 66/610, PA 11, PA 12 ve içeriğinde farklı metilen amit (CH2/CONH) bulunan aromatik PA gibi çeşitli
poliamitlerin (PAs), iki farklı çarpma açısında (30° ve 90°), iki farklı çarpma hızında (80 ve 140 m/s) ve aşındırıcı olarak silis kumunun kullanıldığı durumdaki erozyon aşınma davranışlarını incelemişlerdir. 30° lik çarpma açısındaki çarpma hızının erozyon
oranı üzerine etkisinin 90° lik çarpma açısındaki duruma göre daha çarpıcı sonuçlar verdiği görülmüştür. Poliamitlerin hepsinde normal çarpma açısında gevrek kırılma meydana gelirken meyilli çarpmada ise mikro boyutta kesilme ve sert plastik deformasyonlar ortaya çıkmıştır.
Patnaik ve ark. (2008), üç farklı ağırlık bileşeni ile takviye edilmiş polyester kompozitleri, dokuma E-cam elyaf ile takviye etmişlerdir. Çevre ile etkileşimde olan bu kompozitlerin çeşitli işletimsel ve malzeme parametrelerinin erozyon aşınma davranışına etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, hava jet tipi erozyon test düzeneği tasarlanmış ve Taguchi’nin dikey dizisi kullanılmıştır. Yapılan deneyler sonucu aşındırıcı boyutunun, elyaf oranının, çarpma açısının ve çarpma hızının aşınma oranı üzerine etki eden önemli faktörler arasında yer aldığını bulmuşlardır. Cam takviyeli polyester kompozitler, erozyon aşınması üzerine yaygın olarak yarı sünek özellik göstermiştir. Ayrıca Taguchi deneysel tasarımından yola çıkılarak yapılan değerlendirmede deneysel değerlerle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir.
Barkoula ve Karger-Kocsis (2002) yaptıkları çalışmada cam fiber (GF) takviyeli termoplastik polipropilen (PP) kompozitlerin 30o, 60o ve 90o çarpma açılarındaki erozyon aşınma davranışlarını incelemişlerdir. Deney numunelerinde cam fiberler paralel ve dik olmak üzere iki farklı doğrultuda yerleştirilmiştir. Ayrıca fiberler ana matris boyunca sürekli ve kesintili yerleştirilmiş olmakla birlikte yapı içerisindeki yoğunlukları ise %40–60 arasında değiştirilmiştir. Deneyler sonucunda, 30o gibi düşük çarpma açılarında erozyon aşınması üzerine fiberlerin yerleştirildiği doğrultuların önemli etki oluşturduğu görülmüştür. Ancak 60o ve 90o gibi yüksek çarpma açılarında ise hemen hemen hiçbir fark ortaya çıkmadığı gözlemlenmiştir. Bunun aksine fiber uzunluğunun özellikle de yüksek çarpma açılarında erozyon aşınma davranışını etkilemediği sonucuna varılmıştır.
Rajesh ve ark. (2001) tarafından yapılan çalışmada bir seri polyamidin (PA 6, PA 66, PA 66/610, PA 11, PA 12 ve aromatik PA) 90–180 µm’lik silis partikülleri karşısında erozyon davranışı incelenmiştir. Çalışma sonucunda polyamidlerin bazılarının 15o çarpma açısında bazılarının ise 30o çarpma açısında erozyon aşınmasında maksimum aşınma sergilediği görülmüştür. Böylece bu malzemelerin sünek bir kırılma noktasının olduğu ve maksimum aşınmanın 15o de oluştuğu
ispatlanmıştır. 60o ve 90o’lik çarpma açılarında ise erozyon oranı ve gevreklik arasında iyi bir korelasyon gözlemlenmiştir.
Sınmazçelik ve Taşkıran (2007) tarafından yapılan deneysel çalışmada, mineral parçacıklarla ve rastgele yönlenmiş kısa cam fiberlerle takviye edilmiş polyphenylenesulphide (PPS) kompozitlerin katı parçacık erozyon davranışları karakterize edilmiştir. Bu kompozitlerin erozyon oranları 15o–90o arasındaki değişik çarpma açılarında ve üç farklı partikül çarpma hızında (20, 40 ve 60 m/s) incelenmiştir. Aşındırıcı partikül olarak 150–200 µm çapında silis kumu kullanılmıştır. Silis kumu 4,5 bar basınç altında deney numunesine çarpmış ve silis kumunun kütle akış hızı da 9 g/s olarak alınmıştır. PPS kompozitler, 60o çarpma açısında maksimum erozyon oranı sergilemiş ve yarı sünek erozyon davranışı göstermiştir. Bu çarpma açısı erozyon oranına önemli bir etki yapmıştır. Ayrıca SEM ile aşınan yüzeylerin morfolojileri incelenmiş ve yüzeylerde nasıl bir değişim meydana geldiği araştırılmıştır.
Arjula ve ark. (2008) yaptıkları deneysel çalışmada polyetherimide (PEI) ve tek yönlü karbon elyaf takviyeli PEI (CF/PEI) malzemelerin farklı çarpma açılarındaki (15°–90°) ve hızlarındaki (25–66 m/s) erozyon aşınma davranışlarını silis kumu (200±50 µm) kullanarak incelemişlerdir. Ayrıca elyaf yönlenmelerinin (0° ve 90°) CF/PEI malzemeler üzerindeki etkisi incelenmiştir. PEI malzemeler max. erozyon oranını 30° çarpma açısında gösterirken CF/PEI malzemeler ise 60° çarpma açısında en yüksek erozyon oranı sergilemiştir. Elyaf yönlenmelerinin de meyilli çarpma açılarında erozyon oranı üzerinde önemli etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Elyafların 90° yönlenmedeki erozyon oranının 0° deki duruma göre daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır.
Sarı ve Sınmazçelik (2007) kompozit malzemelerin erozyonu hakkında yapmış oldukları çalışmada, tek yönlü güçlendirilmiş polyamit karbon fiber (PEI) kompozitleri incelemişlerdir. Bu malzemelerde yarı sünek bir durum gözlemlenmiş olup maksimum aşınma oranının da 45o–55o çarpma açısı aralığında gerçekleştiği görülmüştür. Ayrıca erozif aşınmada yüzey pürüzlülüğünün aşınma ile yakın ilişkisinin olduğu tespit edilmiştir. Hızın artması malzemelerdeki aşınmayı artırmış olmakla birlikte sert elyaf kırılmalarına sebep olmuştur.
Patnaik ve ark. (2008) erozif aşınma çalışmalarında elyaf / dolgu takviyeli polimer kompozitlerin artmasıyla erozyon karakteristiklerinin değiştiği kanaatine varmışlardır. E-cam elyaf ve SiC parçacıklarla takviye edilmiş termoplastik polyester reçine içeren çok bileşenli kompozit sistemlerin farklı operasyon şartlarında erozyon davranışını geliştirdiği belirtilmiştir. Oda sıcaklığındaki erozyon test imkânları ve Taguchi’nin dikey dizisi deneylerde kullanılmıştır. Sonuç olarak minimum aşınma oranını tespit etmek için yapılan deneyler sonunda en verimli sonuca genetik algoritma ile ulaşılmıştır.
Harsha ve Thakre’nin (2007) yaptıkları çalışmada içerisine rastgele yönlenmiş E-cam ve karbon elyafı ile katı yağlayıcılar (PTFE, grafit, MoS2) doldurulmuş PEI
kompozitlerin erozyon davranışını incelemişlerdir. 15o–90o arasındaki çarpma açıları ve 30–88 m/s püskürtme hızlarında çalışılmıştır. Çekme mukavemeti, yüzde uzama, malzeme sertliği ve kesme mukavemeti gibi mekanik özelliklerin polyetherimide ve kompozitlerin aşınma oranını kontrol ettikleri görülmüştür. PEI ve onun cam ve karbon elyaf takviyeli kompozitlerinin yarı sünek erozyon davranışı sergilediği görülmüştür. Katı yağlayıcılar ile desteklenmiş cam elyaf takviyeli PEI kompozitlerde ise 30–88 m/s çarpma hızlarında maksimum erozyon oranı 60o çarpma açısında gerçekleşirken, 52–60 m/s gibi ara değerlerdeki hızlarda ise en yüksek erozyon oranı 30o lik çarpma açısında gerçekleşmiştir. Ayrıca %20’ lik cam elyaf takviyesi ile saf haldeki PEI matrisinin erozyon aşınma direncinin düzeldiği görülmüştür.
Barkoula ve ark. (2002), tek yönlü (UD) cam elyaf (GF) takviyeli termoplastik polypropylene (PP) kompozitlerin 30o lik çarpma açısındaki çarpma zamanının ve izafi elyaf yönlenmesinin (paralel ve dik) bir fonksiyonu olarak artık çekme gerilmeleri üzerine deneysel bir çalışma yapmışlardır. Yarı ampirik bir yaklaşım yapılarak artık çekme gerilmeleri sonucu durum tahmin edilmeye çalışılmıştır. Bu yapılan yaklaşımın 30o çarpma açısında deneysel verilere çok yakın sonuçlar ortaya koyduğu görülmüştür. UD-GF/PP ve CF/EP kompozitlerin gerilmeli durumdaki bozulma davranışları karşılaştırıldığı zaman UD-GF/PP kompozitlerin daha erken bozulmaya uğradığı fakat bu kompozitlerin izafi olarak CF/EP kompozitlerden daha yüksek artık çekme gerilmesini absorbe ettikleri sonucuna varılmıştır.
Arjula ve ark. (2008), erozyon aşınması üzerine matris malzemenin, çarpma açısının ve çarpma hızının etkisini yedi farklı termoplastik saf polimer (i.e. polyetherimide, polyetheretherketone, polyetherketone, polyphenylenesulfide, polyethersulfone, polysulfone, yüksek molekül ağırlığındaki polyethylene) üzerinde denemişlerdir. Farklı çarpma açıları (15o–90o) ve çarpma hızları (22–66 m/s) referans alınarak, aşındırıcı olarak da 200±50 µm boyutunda silis kumu kullanılarak bu malzemelerin düzenli durumdaki erozyon oranı değerleri elde edilmiş olup 30o lik çarpma açısında maksimum erozyon oranı (Emax) elde edilmiştir. Bu polimerlerin
bazıları düşük çarpma hızlarında ve 90o lik çarpma açısında inkübasyon davranışı göstermiştir. Düzenli durumdaki erozyon oranı ile mekanik özellikler ve camsı geçiş sıcaklığı (Tg) arasındaki ilişki araştırılmıştır.
Kim ve Kim (2009), epoksi tabanlı tek yönlü ve çok yönlü karbon elyaf takviyeli plastik kompozitlerin katı parçacık erozyon davranışını incelemişlerdir. Bu kompozitlerin erozyon oranları, 70 m/s sabit partikül hızı kullanılarak çeşitli çarpma açılarında (15°–90°) tespit edilmiştir. Deneyler, 80 µm ortalama çapa sahip düzensiz SiC partiküller ile gerçekleştirilmiştir. Erozyon aşınmasının çarpma açısına bağımlılığı geleneksel sünek malzemelerin davranışı ile uyumlu bir sonuç göstermiş ve 15°–30° çarpma açılarında maksimum erozyon oranı oluşmuştur. Tek yönlü kompozitlerin erozyon oranı 0° ve 45° fiber yönlenmesine göre 90° lik fiber yönlenmesinde daha yüksek bir değer almıştır. Diğer taraftan çok yönlü tabakalı kompozit malzemelerdeki {[0/90], [45/−45], [90/30/−30] ve [0/60/−60]} erozyon oranının ise 15° lik çarpma açısı hariç diğer çarpma açılarında fiber yönlenmesinden çok fazla etkilenmediği gözlemlenmiştir.
Harsha ve ark. (2003), çeşitli polyaryletherketone (PAEKs) malzemeler ile bunların kısa elyaf takviyeli kompozitlerinin, aşındırıcı olarak 150–212 µm aralığındaki silis kumlarını kullanarak farklı çarpma açılarındaki ve çarpma hızlarındaki erozyon aşınma davranışlarını incelemişlerdir. Saf polyetheretherketone (PEEK) ve %20 cam elyaf takviyeli PEEK malzemeler 30o çarpma açısında en yüksek erozyon değeri gösterirken diğer PAEK ve kompozitlerinde ise 60o lik çarpma açısında en yüksek erozyon değeri elde edilmiştir.
Arjula ve Harsha (2006) polimerler ve polimerik kompozitlerin erozyon verimliliğinin (η) normal çarpma şartlarındaki katı parçacık erozyonu ile ilgili literatürden elde edilen verileri toplayarak değerlendirmişlerdir. η parametresinin değişik mekanizmaları tanımak için yararlı olabileceğini göstermek bu çalışmanın ana amacını oluşturmuştur. Erozyon verimliliği haritası çizilmiş olup bu harita çeşitli polimerlerin ve bunların kompozitlerinin sertliğinin, onların erozyon direnci üzerine etkisini göstermiştir. Polimerler ve polimerik kompozitlerin erozyon verimliliği ile uyumlu çeşitli rejimler ve sınırları haritada vurgulanmıştır. Deneyde kullanılan kompozitlerin erozyona verdikleri cevaplar, erozyon verimlilikleri ve aşınma mekanizmaları literatür ile karşılaştırılmıştır.
Mahapatra ve ark. (2008), üç farklı ağırlık dağılımına sahip dokuma E-cam elyaf takviyeli polyester kompozitleri geliştirmişlerdir. Bu kompozitlerin erozyon aşınma davranışı üzerine etki eden çeşitli işletimsel ve malzeme parametrelerinin etkisini araştırmak için çevre ile etkileşim halinde olacak şekilde erozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaç için hava jet tipi erozyon test düzeneği hazırlanmış olup deneylerden elde edilen sonuçların yorumlanmasında Taguchi’nin dikey dizilim tekniğinden faydalanılmıştır. Deneylerden elde edilen bulgular göstermiştir ki kompozitlerin erozyon oranı üzerine katı parçacıkların çarpması büyük bir etki oluşturmaktadır. Erozyon oranını minimize etmek için Taguchi deneysel tasarımı kullanılarak en uygun parametre kombinasyonu belirlenmiş olup optimum sonuca genetik algoritma kullanılarak ulaşılabileceği belirtilmiştir.
Arnold ve Hutchings (1989), beş farklı elastomerin (doğal kauçuk, epoksi ilave edilmiş doğal kauçuk, oksit giderici ilave edilen ve edilmeyen elastomerler, butil kauçuğu) 50 m/s çarpma hızındaki ve 120 µm aşındırıcı partikül boyutundaki silis parçacıklar kullanarak parçacık akışı ile erozyon oranı arasındaki değişimini incelemişlerdir. Oksit giderici ilave edilmeyen elastomerler için düşük parçacık akışında erozyon oranının arttığı bulunmuştur. Kızılaltı spektroskopisi ile yüzeyin incelenmesi sonucunda elastomer yüzeyinde oksijen oluşumu önemli dereceye ulaşmıştır. Kesikli parçacık akışında, elastomer yüzeyinde bozulmaya sebep olan çarpmanın etkisi geçici bir şekilde meydana gelmiştir.
Hutchings ve Deuchar (1987) yaptıkları çalışmada aşındırıcı olarak 150 µm ortalama çapındaki silis kumu kullanarak ve 48 m/s çarpma hızında sekiz tamamlanmamış elastomer (dört doğal kauçuk bileşiği, epoksi ilave edilmiş doğal kauçuk ENR50, butil kauçuğu, polybutadiene ve polyurethane) malzemenin erozyona verecekleri cevabı araştırmışlardır. Farklı kauçuklarla yapılan deneyler yorumlandığı zaman erozyon oranının geniş bir çeşitlilikte olduğu görülmüştür. Matris elastomerinin doğası ve camsı geçiş sıcaklığının ne mekanik özellikler (sertlik, çekme gerilmesi veya kopma gerilmesi uzaması) nede abrasif aşınma direnci ile sistematik olarak uyumlu olmadığı görülmüştür. Ancak geri tepme esnekliğinin bu durumla iyi bir ilişki sergilediği sonucuna varılmıştır.
Arnold ve Hutchings (1993), normal çarpma şartları altında elastomerlerin erozif aşınma davranışını tahmin etmek için teorik bir model geliştirmişlerdir. Tekrarlanan çentikten dolayı kauçuktaki yorulma çatlaklarının büyümesi normal bir etki oluşturmuştur. Erozyon aşınma mekanizması, parçacık çarpmasından dolayı artan sürtünme gerilmelerinin etkisi altında yorulma çatlaklarının yayılımına sebep olmuştur. Deneysel olarak elde edilen değerlerle teorik model sonucu oluşturulan tahminlerin düzenli kuartz kumu ve yuvarlak cam küreler kullanılması durumunda doğal kauçuk, styrene-butadiene kauçuk ve yoğun olarak çapraz bağlanmış polybutadiene kauçuk için uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Çarpma şartları (partikül hızı, boyutu ve sürtünme katsayısı) ve malzeme özellikleri (elastiklik modülü ve yorulma özellikleri) arasında iyi bir niteliksel uyum elde edilmiştir.
Brandstädter ve ark. (1991), bismaleimide (BMI) polimerlerin birkaç değişik kompoziti üzerinde katı parçacık erozyonunu incelemiş ve mekanik özelliklerini ölçerek kıyaslamışlardır. Deneyler 60 m/s püskürtme hızında 42, 63, 143 ve 390 µm nominal çapa sahip açısal alüminyum oksit aşındırıcı partiküller kullanarak normal çarpma durumda gerçekleştirilmiş olup yüzeye çarpan parçacıkların boyutunun erozyon oranı üzerinde önemli bir etki oluşturduğu gözlenmiştir. Yüzeyden malzemelerin kaldırılması esnasında öncelikli olarak gevrek kırılma görülmekle birlikte buna ek olarak yüzeyde bozulma ve plastisite durumu ile de karşılaşılmıştır.
Suresh ve ark. (2009), saf PEEK matrisin, tek yönlü cam elyaf ve karbon elyaf takviyeli polyetheretherketone (PEEK) ve polyetherketoneketone (PEKK) kompozit
malzemelerin katı parçacık erozyon davranışını incelemişlerdir. Deneylerde silis kumu (200±50 µm) kullanılmış olup farklı çarpma açıları ve çarpma hızlarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Saf PEEK, 30° çarpma açısında maksimum erozyon oranı sergilemiş olsa da kompozitler yarı sünek davranış göstererek 60° çarpma açısında maksimum erozyon oranı göstermiştir. Cam elyaf takviyeli kompozitlerin erozyon oranı karbon elyaf takviyeli kompozitlerden daha yüksek bulunmuştur. Elyaf yönlenmesi ise erozyon oranı üzerine sadece düşük çarpma açılarında önemli etki oluşturmuştur. Ayrıca dik yönlenmiş elyaflar paralel yönlenmiş elyaflara göre daha fazla erozyon oranı sergilemiştir.
Tsuda ve ark. (2006) yaptıkları çalışmada çeşitli tipteki cam elyaf takviyeli plastiklerin (GFRP) aşınma mekanizmalarını ve kum erozyon davranışını araştırmışlardır. Elyaf takviyeli plastiklerin (FRP) erozyon davranışının, cam elyaf içeriğinin artmasıyla sünek davranıştan gevrek davranışa geçtiği görülmüştür. Düşük çarpma açısında FRP malzeme, erozyon zararına karşı reçineden daha dirençli davranmıştır. Daha yüksek çarpma açlarında ise ters bir eğilim gözlenmiştir. Ayrıca geliştirilen bir metot vasıtasıyla sadece matristeki reçinenin oranı bilinerek tüm GFRP malzemelerin çeşitli çarpma açıları ve hızlarındaki erozyon oranı değerlerinin bulunabileceği iddia edilmiştir.
Arnold ve Hutchings (1990), iki tamamlanmamış elastomerin (doğal kauçuk ve epoksi ilave edilmiş doğal kauçuk) erozyonu esnasında kaldırılan malzemenin mekanizması üzerine çalışmışlardır. Silikon yağı tarafından yağlamanın ve çarpma hızının etkisi araştırılmıştır. 30° ve 90° çarpma açısında ortaya çıkan temel malzeme kaldırma mekanizması, çarpma sonucu meydana gelen çekme yüzey gerilmeleri altında ince yorulma çatlaklarının oluşumunu ve büyümesini sağlamıştır. Tek çarpma sonucu hiçbir zarar gözlemlenmemiş olup malzeme kaldırmanın gerçekleşmesi için ardışık çarpmalara gerek duyulmuştur. Ayrıca erozyon oranının 70 m.s-l nin üzerindeki hız değerlerine çok güçlü bir şekilde bağlı olduğu bulunmuştur.
Sinmazçelik ve ark. (2008), çapraz kat yönlenmiş karbon elyaf takviyeli polyphenylenesulphide (C-PPS) kompozitlerin erozyon aşınması sonrasındaki artık mekanik özelliklerini araştırmışlardır. Yapılan çalışmada 50 mm hızlanma bölümü olan 5 mm çapındaki seramik nozul kullanılmış olup 150–200 µm nominal çapında açısal
silis kumu aşındırıcı olarak seçilmiştir. Aşındırıcı partiküllerin hızlandırılmasında basınç değerlerinden faydalanılmış olup 1,5; 3 ve 4,5 bar’lık basınçlar kullanılmıştır. Bu basınç değerleri de ortalama olarak 20, 40 ve 60 m/s hızlara karşılık gelmektedir. Kompozit malzemeler numune tutucuya yerleştirilerek 15o–90o arasındaki çarpma açılarında deneyler yapılarak 0,1 mg hassasiyetteki hassas terazi ile ağırlık kayıpları tespit edilmiştir. Malzemeler yarı sünek davranış sergileyerek 45o çarpma açısında maksimum erozyon oranı göstermiş olup minimum artık gerilme değeri elde edilmiştir.
Manish ve ark. (1994) tarafından cam elyaf takviyeli polimer matriks kompozitin dört farklı tipinin katı parçacık erozyon davranışı karakterize edilmiştir. Bu kompozitlerin erozyon oranı iki çarpma açısı (90° – 30°) ve iki çarpma hızında (38 ve 45 m.s-l) değerlendirilmiştir. Bu malzemelerin yapılan deneyler sonunda erozyona verdiği cevap, erozyon verimliliği ve mekanizmanın durumu detaylarıyla literatürdeki benzer malzemelerle karşılaştırılmıştır.
Tewari ve ark. (2002) deneysel çalışmalarında tek yönlü karbon elyaf takviyeli polyetheretherketone (PEEK) kompozitlerin 15o–90o aralığındaki çarpma açılarında ve 0o–45o ve 90o gibi üç farklı elyaf doğrultularındaki erozyonunu incelemişlerdir. Aşındırıcı partiküller 300–500 µm aralığındaki çelik kürelerden oluşmakta olup çarpma hızları 45 ve 85 m/s olarak ayarlanmıştır. Tek yönlü CF takviyeli PEEK kompozitler yarı sünek erozyon davranışı sergilemiş olmakla beraber elyaf doğrultularının da erozyon oranı üzerine önemli etkiye sahip olduğu yapılan deneylerle doğrulanmıştır.
Li ve Hutchings (1990), geniş çapta değişiklik gösteren mekanik özelliklere sahip dökülebilir polyurethane elastomer bileşen temelli sekiz polyesterin erozif aşınma oranlarını ölçmüşlerdir. Erozyon testleri 120 µm partikül boyutunda silis kumları kullanılarak 50 m/s çarpma hızında 30°–90° lik çarpma açılarında gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan malzemelerin tümü geri tepme esnekliği açısından benzer değerler sergilemiş olup erozyon oranının artmasıyla sertlik, çekme modülü ve çekme gerilmesi artmıştır. Abrazyon ve erozyon esnasında elastomerin maruz kaldığı uzama oranı ve uzama seviyesi farklı olduğundan dolayı birbirinden farklı bir aşınma ortaya çıkmıştır.
Bijwe ve Rattan (2007) çalışmalarında polyetherimide (PEI) gibi mekanik ve termal özellikleri çok iyi olan termo plastik polimerlerin iki yöndeki mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla oluşturulan çift yönlü takviyeli kompozit malzemelerin iyi bir tribolojik potansiyele sahip olabilecekleri ile ilgili konu üzerinde yoğunlaşmışlardır. %55 hacim kaplayacak şekilde düz, kabarık ve saten dokuma biçimlerinde olmak kaydıyla üç farklı karbon elyafı oluşturulmuştur. Dört farklı kuru aşınma modu için deneyler yapılmış olmakla birlikte erozif aşınma için kabarık dokumada elde edilen erozyon oranının en yüksek olduğu bulunmuştur. Saten dokumada ise düz dokumaya göre daha fazla erozyon oranı gerçekleşmiştir.
Zhang ve ark. (2003), polyethylene (PE), polyurethane (PUR) ve epoksi ile modifiye edilerek hidrotermal işlemi ile bileşenlerine ayrılmış polyurethane (EP-PUR) malzemelerin Yapay Sinir Ağı (YSA) yaklaşımını kullanarak erozif aşınma davranışlarını incelemişlerdir. Çarpma açısı ve bazı karakteristik özellikler ile malzeme kompozisyonu sistem için giriş değeri olarak kabul edilmiştir. Bu giriş değerlerine bağlı olarak erozyon oranı çıkış değeri olarak elde edilmiştir. YSA yaklaşımı kullanılarak sonuçların bulunması ve erozyon aşınması üzerinde yorumların yapılması görüngüsel bir metot olarak karşımıza çıkmakla birlikte elde edilen sonuçların artırılması ve daha net bir sonuca varılması açısından yeteri kadar tatmin edici bulunmuştur.
Rattan ve Bijwe (2007) yaptıkları çalışmada düz örülmüş karbon yapı (CF) (matriste %40) ile takviye edilmiş polyetherimide (PEI) kompozit malzemeler oluşturarak bu malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerini karakterize etmişler ve erozyon aşınma davranışını incelemişlerdir. PEI ve kompozitinin çeşitli çarpma açılarındaki erozyon aşınma davranışı, sabit çarpma hızında ve aşındırıcı partikül olarak da silis kumu kullanılarak incelenmiştir. Her iki malzeme de incelendiği zaman minimum aşınma 90o lik çarpma açısında meydana gelmiştir. PEI çok sünek bir polimer (kırılma uzaması %60) olmamasına rağmen sünek ve yarı sünek malzemelerde olduğu gibi maksimum aşınma 15o de gerçekleşmiştir. Kompozit ise (kırılma uzaması %1) en yüksek aşınmayı 30o de göstermiştir. SEM kullanılarak yüzeylerde oluşan aşınma durumları incelenmiştir.
Getu ve ark. (2007) yaptıkları deneysel çalışmada polymethylmethacrylate (PMMA) malzemeler üzerinde çarpma açısının bir fonksiyonu olarak erozyon oranı
değerlerini incelemişlerdir. Aşındırıcı partikül olarak 25 µm nominal çapında Al2O3
partikülleri kullanmışlardır. Sünek bir erozyon mekanizması incelendiği zaman maksimum erozyon oranının küçük çarpma açılarında gerçekleştiği literatürden bilinmekle birlikte yapılan çalışma sonucunda ise polymethylmethacrylate malzemelerinde 25º lik çarpma açısında maksimum erozyon oranı değerlerine sahip olduğu bulunmuş ve sünek malzemelerde karşılaşılan duruma benzer bir durumla karşılaşılmıştır.
Chen ve Li (2003) yaptıkları çalışmada katı parçacık erozyonunun karmaşık bir zarar verme süreci olduğunu ve bu duruma mekanik ve metalurjik faktörlerin önemli etkisinin olduğunu belirtmişlerdir. Kompozit malzemelerdeki karşılaşılan katı parçacık erozyonunun neden olduğu yüzey hasarını yorumlamak için Newton’un hareket kanunu esas alınarak hesaba dayalı dinamik bir model oluşturmuşlardır. Malzemenin mekanik özellikleri referans alınarak yapılan inceleme sonucunda çarpmanın etkisine bağlı olarak malzeme yüzeyinden kopan partiküllerin komşu partikülleri de etkilediği sonucuna varılmıştır. Kompozit malzemenin erozyon davranışı üzerine takviye faz ile matris ara yüzeyindeki bağ kuvvetlerinin önemli etkiye sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca çarpma hızının, katı parçacık boyutunun ve boyut oranının da önemli değişkenler olduğu belirlenmiştir.
Rattan ve Bijwe (2006), emdirme tekniği ile üç farklı örgü tipi (düz, kabarık ve saten) oluşturarak %55 hacimsel dağılıma sahip karbon takviyeli dokuma polyetherimide (PEI) kompozit malzeme imal etmişlerdir. Benzer özelliklere sahip toplam yedi kompozit malzeme imal edildikten sonra fiziksel ve mekanik özellikler (çekme gerilmesi ve modülü, kırılma uzaması, eğilme gerilmesi ve modülü, tabakalar arası kayma gerilmesi vs.) açısından değerlendirilmiş ve özdeş şartlarda erozyona tabi tutulmuştur. Düz dokunmuş kompozitlerin saten dokunmuş kompozitlere kıyasla biraz daha iyi bir özellik sergiledikleri görülmüştür. Bununla birlikte, kabarık dokunmuş kompozitler ise en zayıf performansa sahip olmuştur. Ayrıca uzama ile sertlik gibi özellikler aşınma direnci üzerine en önemli etkiyi oluşturmuştur.
Ruff ve Ives (1975) erozyon aşınmasında katı partiküllerin hızının bulunması üzerine çalışma yapmışlardır. Basit bir mekanik yapılandırma ile değişik durumlarda ölçü alma imkânının olduğu gösterilmiştir. Çalışma sonucunda deney aparatları
üzerinde yapılan ölçümlerin örnekleri sunulmuştur. Ayrıca bu çalışmada nozul tasarımının öneminden de bahsedilmiş ve parçacık ile gaz akış hızları arasındaki mukayeseye de yer verilmiştir.
Stevenson ve Hutchings (1995), erozyon testlerinde numunenin aşınma oranının güçlü bir şekilde partikül çarpma hızına bağlı olduğunu düşünerek partikül hızına etki eden faktörlerin anlaşılması için bir test aparatının oluşturulmasının zorunlu olduğu kanaatine varmışlardır. Bu çalışmada partikül hızının kesin bir şekilde ölçülmesi, paralel bir silindirik nozul ile hava püskürten erozyon test düzeneği kullanarak optoelektronik metot vasıtasıyla sağlanmıştır. Hız ölçümünde çift disk metodu yaygın bir kullanıma sahip olmakla birlikte optoelektronik metot kullanılarak bulunan çarpma hızı değerleri daha kesin sonuçlar vermiştir. Partikül boyutu 63 µm’den 730 µm’ye, partikül malzeme yoğunluğu 2500 kg/m3 ile 7980 kg/m3 arasında, partikül çarpma hızı ise 16 m/s ile 85 m/s arasında değiştirilmiştir. Ayrıca nozul geometrisi de modifiye edilmiştir.
3. TEORİK ESASLAR
3.1. Aşınma
Aşınma; katı cisimlerin yüzeylerinden ufak parçacıkların veya tabakalar halinde ince parçaların ayrılması ile sonuçlanan bir malzeme kaybı şeklinde tanımlanmaktadır. Bu olay sonucu malzemede meydana gelen yüzey değişikliği, çeşitli sebeplerle veya parçanın zorlanma durumuyla doğrudan ilgilidir. Mekanik bir etkinin görülmesi, sürtünmenin oluşması (izafi hareket), yavaş ve sürekli bir hareketin gerçekleşmesi (ani hareket ve darbe olmamalı), malzeme yüzeyinde değişiklik oluşturması ve istenmediği halde meydana gelmesi aşınma olayının ortaya çıkması için gerek ve yeter şartlar olarak kabul edilmektedir (Ludema, 1996).
Mekanik, fiziksel, elektriksel veya termik sebeplerle aşınma oluştuğu gibi korozyon sonucunda da aşınma meydana gelebilmektedir. Aşınmayı makine elemanları, ulaşım araçları, giysi ve ayakkabılar, kullanılan eşya ve mobilyalar dâhil gündelik yaşamın hemen her alanında gözlemlemek mümkündür. Aşınma sonucu makine elemanlarının şekillerinde, yüzey kalitelerinde ve boyutlarında değişiklikler meydana gelir. Bu değişiklikler sonucu makine parçaları fonksiyonlarını yerine getiremez hale gelmektedir. Makine, Gemi, İnşaat, Tekstil ve Uçak mühendisleri tasarladıkları makine ve cihazlarda aşınmanın etkisini mutlaka dikkate almak zorundadırlar. Ayrıca aşınma doğanın kendisinde de mevcuttur. Yağmur ve sel nedeniyle olan toprak erozyonu, deniz kenarında dalgalar nedeniyle olan kıyı erozyonu, çöllerde rüzgâr nedeniyle olan rüzgâr erozyonu doğada kendiliğinden meydana gelen aşınmaya örnek olarak gösterilmektedir. Bu kadar geniş bir etki alanına sahip olan aşınma, temas yüzeylerinde oluşan fiziksel ve kimyasal değişikliklerin çokluğu nedeniyle kendi içerisinde birden fazla çeşide ayrılmaktadır. Adhezif aşınma, abrazif aşınma, korozif aşınma, kazımalı (fretting) aşınma, yorulma aşınması (pitting) ve erozyon aşınması en çok karşılaşılan aşınma türleri olarak sınıflandırılmaktadır.
3.1.1. Adhezif aşınma
Adhezif aşınma en yaygın karşılaşılan aşınma türüdür ve kaynak bağı teorisi ile açıklanmaktadır. Özellikle kayma sürtünmesi yapan ve metalografik yapıları birbirine benzeyen metallerin kaynaklaşmasıdır (Gürleyik, 1986).
Çok iyi parlatılmış yüzeylerin bile çok küçükte olsa bazı bölgeleri birbirine temas eder. Çok küçük yüklemeler altında bile bu noktalardaki gerilmeler malzemenin akma sınırını geçebilir. Yüzeydeki oksit tabakası parçalanarak aşınma çiftinde soğuk kaynaşma meydana gelir. Kayma hareketi esnasında bu noktaların kesilmesi sonucu yenme ve aşınma olayı gerçekleşir (Şekil 3.1.).
Şekil 3.1. Adhezif aşınma; (a) metal–metal etkileşimi sonucu yüzeyler arası malzeme transferi, (b) metallerin izafi hareketine bağlı olarak pürüzlülük tepelerinin ortadan kaldırılması, (c) metallerdeki
çıkıntıların teması ile gerçekleşen bağ oluşumu
Geniş bir etki alanına sahip olan adhezif aşınmayı önlemek için;
Sistemdeki malzemelerin benzer veya kolay alaşım yapabilen malzemeler arasından seçilmemesi gerekmektedir. Malzeme çiftinin birinin sert diğerinin yumuşak olarak seçilmesi bu aşınmanın etkisini azaltmaktadır.
Metal–metal yüzeylerinde kimyasal filmler oluşturmak (fosfat kaplama gibi) aşınmayı engellemektedir.
Birbiri içerisinde çözünmeyen iki metal bir arada kullanılırsa mikro kaynaklanma engellenmiş olmakta ve aşınma geciktirilmektedir fakat pratikte bu durumun kullanımı çok sınırlıdır.
Sistemde iyi bir yağlama yönteminin kullanılması sürtünmeyi azaltmakta, ısıyı uzaklaştırmakta ve böylece mikro kaynak bölgeleri önlenerek aşınma yavaşlatılmaktadır.
Birbirine temas eden yüzeylerde pürüzlülük tepeleri yoksa aşınma meydana gelmemektedir. Dolayısıyla parçaların yüzeylerinin pürüzlülükleri düşürülmeye çalışılmalıdır fakat bu da sistemin maliyetini artırmaktadır.
3.1.2. Abrazif aşınma
Abrazif aşınma, yırtılma veya çizilme aşınması olarak da adlandırılmaktadır. Bu aşınma genel olarak, malzeme yüzeylerinin kendisinden daha sert olan partiküllerle basınç altında etkileşip sert partiküllerin malzeme yüzeyinden parça koparması şeklinde gerçekleşmektedir (Akkurt, 1990). Bu sert partiküller, yüzeyler arasında kazıyıcı bir etki yaparak eğeleme ve taşlamaya benzeyen bir malzeme kaybının meydana gelmesine sebep olmaktadırlar (Şekil 3.2.).
Şekil 3.2. Abrazif aşınma; (a) iki ve üç elemanlı aşınmanın oluşumu, (b) yüzey taşlama işleminde yüzeyden kaldırılan partiküllerin aşınma etkisi, (c) sert partiküllerin yüzeyde oluşturduğu kazıyıcı etki
Abrazif aşınmayı önlemek için;
Yüzeyler ısıl işlem veya sert malzeme kaplama ile sertleştirilmelidir. Bu işlem abrazif aşınmanın engellenmesinde en etkili yoldur. Ancak bu durumda da malzemenin gevrek olarak kırılma riski artacaktır.
Dışarıdan sert malzemelerin yüzeyler arasına girmemesi için iyi bir sızdırmazlık sağlanmalıdır. Hava, su ve yağlarda kullanılan partiküller filtre edilerek sistemden uzaklaştırılmalıdır.
Makineler ve sistemler talaştan ve diğer pisliklerden sık sık temizlenmelidir. Ancak bu temizleme işi oldukça zor bir iş olduğu için bazen aşınma kaçınılmaz olabilmektedir.
Aşınmaya maruz parçaların kolay bir şekilde değiştirilmesine imkân verecek tasarımlar yapılmalı ve bu şekilde aşınma azaltılmalıdır.
3.1.3. Korozif aşınma
Yüzeyler, hava ile reaksiyona girerek aşınmanın şiddetli olmasını önleyen oksit ve diğer tabakaları meydana getirirler. Bununla beraber, özellikle kimyasal maddelerin bulunduğu ortamda çalışan makine elemanlarının yüzeyleri bu maddelerle reaksiyona girerek ince ve sert tabakalar oluştururlar. Aynı sonuç yağlarda bulunan maddelerden dolayı da gerçekleşir. Değişken yük altında bu sert tabakalar kırılır ve kırılan parçacıklar yerinden ayrılarak aşınma parçacıklarını oluştururlar. Temiz kalan temas yüzeylerinde reaksiyon sonucu olarak tekrar sert bir tabaka oluşur, yük altında bu tabaka tekrar kırılır ve bu şekilde tekrarlı olarak devam eden olay oksidasyon aşınması olarak tanımlanmaktadır (Şekil 3.3.). Ayrıca hava rutubetinin de korozif aşınma üzerinde etkisi olduğu düşünülmektedir.
Şekil 3.3. Korozif aşınma
Bu aşınmanın oluşmasında en önemli faktör pastır. Bu ise okside neden olmaktadır. Oksitten korunmak için yüzeyler fosfat veya sülfit ile kaplanmalı veya oksidasyonu önleyen özel yağlayıcılar kullanılmalıdır. Ayrıca birbiriyle reaksiyona girmeyecek alaşım elemanları seçilmelidir.
3.1.4. Kazımalı (fretting) aşınma
Bu aşınma tipi mikro kaynaşmanın meydana geldiği adhezif aşınmaya benzer, farkı ise adhezif aşınma birbiri üzerinde kayan yüzeylerde gerçekleşirken kazımalı aşınma ise birbirine göre hareket etmeyen yüzeylerde meydana gelir. Titreşimli ortamda çalışan somun, perçin gibi bağlantı elemanları ve otomobil şaftlarının birleşme noktalarında ve yataklarında çok rastlanılan bir hasar tipidir (Şekil 3.4.).
Şekil 3.4. Kazımalı (fretting) aşınma
Titreşimi azaltmak veya gidermek, bağlantı noktalarında elastomer malzeme kullanmak, bağlantı noktalarını yağlamak ve ara yüzeylerdeki kaymaları azaltmak bu aşınmayı önlemek için çözüm yolu olarak kabul görmektedir.
3.1.5. Yorulma aşınması (pitting)
Bu tip aşınma temas yüzeylerinde çok küçük çukurcukların oluşması şeklinde kendini gösterir (Ay, 2008). Özellikle rulmanlar, dişli çarklar, kam mekanizmaları gibi makine elemanlarında, yani yuvarlanma hareketi yapan parçaların yüzeylerinde ortaya çıkar ve esas olarak bir malzeme yorulması olayıdır. Bu elemanlarda temas alanları küçük olduğundan yüzeylerde Hertz basınçları meydana gelir (Şekil 3.5.).
Şekil 3.5. Yorulma (pitting) aşınması; (a) temas yüzeyinde oluşan Hertz basınçları, (b) yüzeyin aşınma sonrası görüntüsü
Hertz basıncının etkisinde yüzeylerin hemen altında kayma gerilmeleri oluşur ve değişken zorlanma nedeniyle malzemenin yüzeyinde bir yorulma olayı başlar. Maksimum kayma gerilmelerinin bulunduğu yerde plastik deformasyon ve dislokasyon olaylarına bağlı olarak çok küçük boşluklar meydana gelir. Zamanla bu boşluklar yüzeye doğru hareket eder, büyür ve yüzeyde küçük çukurlar meydana getirerek olay sonlanır. Çukurcukların çok küçük olup büyümediği ve yüzeye yayılmadığı durum ilkel
pitting, çukurcukların zamanla büyüdüğü ve yayıldığı durum ise tahripkâr pitting olarak tanımlanır. İlkel pitting’de parçanın normal çalışması genellikle etkilenmezken tahripkâr pitting’de parça işe yaramaz hale gelir.
Yorulma aşınmasının (pitting) oluşumunda malzemelerin doğal sertliği önemli rol oynamaktadır. Doğal sertlikteki malzemelerde örneğin çeliklerde pitting meydana gelmektedir ancak çeliğin yüzeyi sertleştirilirse pitting oluşumu geciktirilebilir. Ayrıca bu aşınma türü yumuşak malzemelerde görülmemektedir.
3.1.6. Erozyon aşınması
ASTM G76–95 standardına göre; belirli bir hıza sahip olan katı parçacıkların, bir yüzeye çarpması durumunda yüzeyin üst tabakasında malzeme kaybı meydana getirmesi ile sonuçlanan olay erozyon aşınması olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca bir sıvı içerisinde hareket eden sert partiküllerin, malzeme yüzeyinden yüksek hızlarda kaymasına ve yuvarlanmasına bağlı olarak çok sayıda parça koparması sonucunda da erozyon aşınması meydana gelebilmektedir (Şekil 3.6.).
Şekil 3.6. Erozyon aşınması türleri
3.1.6.1. Erozyon aşınmasına etki eden faktörler
Katı, sıvı, gaz veya bu maddelerin birleşimi sonucunda makine elemanlarının yüzeylerinde meydana gelen çizik, çatlak, oyuk ve çukurcuk şeklindeki olumsuzluklarda erozyon aşınması önemli etkiye sahiptir. Yüzeylerde bu olumsuzlukların ortaya çıkmasında esas malzeme özellikleri, aşındırıcı partikül
özellikleri, çalışma parametreleri ve çevresel faktörler aktif rol oynamaktadır. Erozyon aşınma performansını etkileyen faktörler Şekil 3.7.’de detaylandırılmıştır (Hutchings, 1996).
Çevresel Faktörler * Ortam sıcaklığı * Kuru, ıslak, yağlı şartlar * Numune ile aşındırıcının kimyasal etkileşimi Erozyon Aşınma Performansı Aşındırıcı Özellikleri * Tipi * Boyutu * Şekli * Sertliği * Tekli/çoklu çarpma Çalışma Parametreleri * Çarpma açısı * Çarpma hızı * Akış miktarı * Çarpmanın yönü Malzeme Özellikleri * Moleküler yapısı * Mekanik özellikleri * Morfolojisi * Takviye özellikleri
Şekil 3.7. Erozyon aşınma performansına etki eden faktörler
Erozyon aşınma performansını etkileyen bu faktörlerin hepsi her malzeme için aynı etkiyi oluşturmamaktadır. Çünkü bu faktörlerin farklı kombinasyonları sonucu günlük hayatta birden fazla erozyon aşınma türü ile karşılaşılmakta olup buna bağlı olarak da aşınmanın seyri değişiklik göstermektedir. Şekil 3.8.’de genel olarak karşılaşılan aşınma türleri şematik olarak sınıflandırılmış olup farklı değişkenlerin etkileşimi sonucu ortaya çıkan erozyon aşınma türleri de detaylandırılmıştır.
